基于FPGA的多路光栅信号采集方案

　　2 光栅信号预处理

　　光栅位移传感器输出为两路相位相差90°的方波信号，如图4所示，正常情况下可以通过两路波形的上升、下降沿的个数来计量位移的实际变化;并由两路信号的瞬时相位变化得出位移的移动方向。但由于本方案使用循环采样的方法，使得某路光栅信号只有14 被采集到，故需通过相关方法还原原始信号。

　　这里采用通过滤波引入临时信号的方法，将采集信号通过时钟延时将采样波形保持为采样值四个时钟周期，生成类似于原始信号的临时信号，如图5所示。

　　滤波的作用是消除毛刺等噪声对采样信号产生的影响，常规的滤波方法为通过对若干个时钟周期内信号的判断来实现。当几个时钟周期内信号的值并未发生跳转时，认为信号值为真实值，可以作为进一步处理的临时信号，如图6所示。可以看出临时信号仅仅比原始波形信号滞后了若干时间(该滞后时间所对应的时钟周期数小于串行采样数，此处串行采样数为4)，这样可以基本准确地还原原始的波形，细分辨向计数等操作基于该临时信号，当信号周期远大于时钟周期，即光栅信号变化缓慢时，对采样的精度基本没有影响。

　　3 多路光栅信号并行采集

　　对8 路光栅信号按上述方法进行处理，如图7 所示。在图中所示范围内，传感器1~4产生以下信号：增加18、减少11、先减1再加14、减少13.

　　观察图中A、B两处的计数，如图8所示。A处传感器1~4的初始值为64，0，8，4，B处可见传感器1~4的计数值为82，-11，21，-9.与产生的脉冲信号完全符合，说明实现了正确的数据采集。

　　4 结论

　　本方案适用于低速且输入较多的数据采集装置，对于高速信号，信号周期与时钟周期相差倍数较小时，此法会造成有效信号的损失，并不适用。当信号周期远大于时钟周期时(Ts 》 20Tclk )，引入的临时信号仅仅比原始信号滞后几个时钟周期(该滞后小于并行采样数乘以时钟周期)，整体上可以比较好地还原初始波形。同时，临时信号还能有效消除一个时钟周期内的部分波形抖动，实现准确的低速多输入数据采集。